無(wú)人值守變電站視頻監控系統深度解析

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摘要：文中提出了將變電站視頻監控系統與周界報警系統、消防系統和門(mén)禁系統通過(guò)全面布防、相互聯(lián)動(dòng)進(jìn)行整合；用寬帶代替2 M光纖大幅度提高傳輸信道的帶寬，解決窄帶寬引發(fā)的瓶頸問(wèn)題；數字信號和視頻信號在傳輸中的抗干擾措施。變電站視頻監控系統經(jīng)過(guò)這些改造，功能將更趨完善，運行更加穩定可靠，才能實(shí)現真正意義上的無(wú)人值守。
關(guān)鍵詞：視頻監控；傳輸信道；抗干擾；無(wú)人值守
經(jīng)過(guò)多年的建設，目前，電力系統無(wú)人值守變電站普遍存在的問(wèn)題是：用戶(hù)在變電站已實(shí)施了部分視頻監控、環(huán)監測和綜合報警系統，但大多分步、分批實(shí)施，系統各自獨立運行，甚至每套系統都需要獨立的管理人員，很難做到多系統的綜合監控、集中管理，無(wú)形中降低了系統的高效性，增加了系統的管理成本。
另外，大多數信號傳輸子系統采用2 M光纖，那么在遠程監控中心，每個(gè)變電站每次只能查看一路圖像，無(wú)法同時(shí)監測變電站所有的畫(huà)面。而流媒體服務(wù)器可連接1～1 000臺視頻網(wǎng)絡(luò )編碼器。并支持1～200個(gè)并發(fā)用戶(hù)，強大的視音頻流轉發(fā)功能因為信道的瓶頸而無(wú)法發(fā)揮作用，一邊又是用戶(hù)的實(shí)際需求，所以信道的整改，也是我們迫在眉睫的事情。
視頻圖像直接利用同軸電纜的0～6 MHz來(lái)傳輸，非常容易受到干擾，使圖像出現網(wǎng)紋、橫紋和噪點(diǎn)，造成視頻圖像質(zhì)量下降、系統控制失靈、運行不穩定等現象。因此了解干擾對視頻監控系統的影響方式，針對不同情況采取相應的措施來(lái)解決干擾問(wèn)題，對提高視頻監控系統工程質(zhì)量，確保系統的穩定運行非常有益。
1 無(wú)人值守變電站視頻監控系統
無(wú)人值守變電站視頻監控系統采用分布式的系統架構，C／S體系結構．基于TCE／IP網(wǎng)絡(luò )平臺，H．264壓縮標準的嵌入式網(wǎng)絡(luò )編碼器提供視頻服務(wù)。圖像視頻信號由視頻網(wǎng)絡(luò )編碼器采集壓縮成數字信號，經(jīng)E1接口傳輸到主站系統。主站系統采用流媒體服務(wù)模塊將視頻流通過(guò)以太網(wǎng)轉發(fā)到請求連接的工作站上，視頻監控模塊將視頻流解壓縮后在工作站上進(jìn)行播放。按功能劃分為前端信號采集處理子系統、信號傳輸子系統和遠程監控子系統。
2 整合多系統的無(wú)人值守方案
根據我局近年來(lái)無(wú)人值守變電站建設經(jīng)驗，無(wú)人值守變電站應該是以視頻監控為主，以動(dòng)力環(huán)境監測、綜合報警處理和門(mén)禁控制信息為鋪。
2．1 視頻監控系統
1)從全局出發(fā)，設置足夠的監控點(diǎn)，但力求精簡(jiǎn)。監控系統最重要的作用就是能夠準確、真實(shí)地反映出現場(chǎng)環(huán)境條件，設備運行情況，對重要設備區，重要通道，出入口，周?chē)�邊界，要設置足夠的監控點(diǎn)來(lái)實(shí)現。但監控點(diǎn)的設置也非多多益善，當少量監控點(diǎn)已經(jīng)能夠反映出現場(chǎng)情況時(shí)，再設置過(guò)多的監控點(diǎn)非但沒(méi)有必要，反而會(huì )增加系統的成本和復雜度，降低可靠性。
2)設置好布防區域和一體化智能球機。視頻監控系統與報警系統實(shí)行聯(lián)動(dòng)時(shí)，需要設置布防區域，即移動(dòng)目標偵測點(diǎn)。布防區域過(guò)大，攝像機要全面監控顯得有難度；布防區域過(guò)小需要安裝過(guò)多的攝像機，增加成本和施工難度。室外監控我們一般選取一體化智能球機，它具有體積小、外形美觀(guān)、功能強大、安裝方便、使用簡(jiǎn)單、維護容易等特點(diǎn)。所謂球機的預置功能是指智能快球能將當前狀態(tài)下云臺的水平角度、傾斜角度和攝像機鏡頭焦距等相關(guān)參數儲存到存儲器中，需要時(shí)可以迅速調用這些參數并將云臺和攝像頭調整至該位置。球機的首方位是在一段時(shí)間內無(wú)人移動(dòng)攝像機時(shí)自動(dòng)回歸的位置。防止攝像機因為監控人員的來(lái)回移動(dòng)而偏離監控區域，使硬盤(pán)錄像沒(méi)有意義。系統應設置球機的首方位或預置點(diǎn)為相應的布防區域，這樣發(fā)生報警時(shí)，攝像機快速回歸，啟動(dòng)報警錄像，準確而全面地記錄下全過(guò)程，便于我們日后分析。
2．2 周界報警系統
變電站內的周界報警系統一般采用以下設備：紅外對射、高分貝警笛、電子圍欄等，并與圖像監視系統進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)。
紅外對射應用比較普遍，當有人翻越圍墻，擋住紅外線(xiàn)時(shí)，告警接點(diǎn)即閉合報警。例如一段100 m的圍墻，需要設置3對紅外對射，每隔30多米為一個(gè)布防區域。在圍墻柵欄上端安裝時(shí)，最下一道光束與圍墻、柵欄頂端間距應不大于250mm，安裝在外側時(shí)，與圍墻、柵欄外側間距應不大于175 mm，避免盲區。間距過(guò)大，人為可以入侵，間距過(guò)小，野物行走時(shí)會(huì )發(fā)生頻繁誤報。
變電站配置1～2個(gè)高分貝警笛，作用是當防盜裝置告警時(shí)，系統聯(lián)動(dòng)高分貝警笛，使得盜賊知道防盜系統已啟動(dòng)，嚇阻其繼續進(jìn)行盜竊活動(dòng)。
紅外對射易受環(huán)境和天氣變化影響產(chǎn)生誤動(dòng)報警，長(cháng)期使用后，其發(fā)出的紅外線(xiàn)會(huì )逐漸衰減，也容易引起誤動(dòng)報警。我局變電站周界報警采用電子圍欄，通過(guò)產(chǎn)生低頻高壓脈沖，震懾和防止犯罪分子人站行竊，因電子圍欄產(chǎn)生高壓，人們在翻越圍墻時(shí)可能被電擊后跌落，因此必須得到公安部門(mén)的許可并通過(guò)其驗收，同時(shí)在其周?chē)�設置醒目的警告標志，它的設置已收到了良好的效果。
2．3 消防報警系統
在改造的變電站中，一般都已經(jīng)裝備消防系統，為了有效地利用原消防資源，同時(shí)發(fā)揮視頻監控系統的長(cháng)處，一般盡量在重點(diǎn)消防部位裝設攝像頭，通過(guò)安全視頻監控系統與消防系統實(shí)現串口通信來(lái)實(shí)時(shí)獲得消防系統的告警情況，通過(guò)與圖像監控系統的聯(lián)動(dòng)，及時(shí)監視和記錄消防告警的情況。
2．4 門(mén)禁系統
目前無(wú)人值班變電站的操作和運行管理一般都由操作隊或者監控中心負責。運行人員每次去操作或者巡視都要從監控中心或操作隊去取鑰匙，即使遇到緊急情況也需如此。采用安全視頻監控系統以后，借助先進(jìn)的門(mén)禁管理系統，只需一張IC卡便可以解決所有的問(wèn)題，并可通過(guò)權限和時(shí)限的配置，設置運行人員及管理人員開(kāi)門(mén)的權限，事后還可以方便地檢索人員到站的情況。與消防系統聯(lián)動(dòng)，發(fā)生火災時(shí)，出入口大門(mén)應能自動(dòng)打開(kāi)。
單的視頻監控系統、周界報警系統、消防系統、門(mén)禁系統的作用是有限的，只有進(jìn)行整合，使各系統相互補充、相互配合、實(shí)現聯(lián)動(dòng)，才能最大程度地發(fā)揮系統的優(yōu)勢，真正成為安全視頻監控系統。
3 傳輸線(xiàn)路的改造
目前，很多變電站都自己鋪設或租用電信的2 M光纖來(lái)傳輸視音頻信號，利用網(wǎng)橋的E1口橋接廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)，這樣受帶寬約束，工作站每次只能發(fā)起一路圖像的連接請求，用戶(hù)需要頻繁地切換，或分割窗口來(lái)進(jìn)行全局監控，效果不甚理想。而流媒體服務(wù)模塊可以轉發(fā)大量的連接，卻受限于窄帶寬而無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的實(shí)際要求。
隨著(zhù)國家對電網(wǎng)建設的大力投資，已經(jīng)有變電站實(shí)現了寬帶連接。這種情況下，我們的傳輸系統在物理上可以去掉網(wǎng)絡(luò )橋接器，從視頻網(wǎng)絡(luò )編碼器出來(lái)的數字信號直接通過(guò)以太網(wǎng)傳輸到主站系統。信道帶寬的大幅度提高，緩解了之前的瓶頸狀態(tài)，用戶(hù)可以同時(shí)查看所有變電站所有攝像機的圖像，真正實(shí)現了全局監控。
4 變電站視頻監控系統抗干擾方法
一般來(lái)說(shuō)干擾主要通過(guò)視頻同軸電纜和傳輸控制信號的雙絞線(xiàn)耦合進(jìn)系統。主要干擾源有：高頻噪聲干擾，比如大電感負載啟停；各點(diǎn)接地電位不等引入的工頻干擾，特別在變電站工頻干擾較嚴重；平衡傳輸線(xiàn)路失衡使抑噪能力下降將工頻干擾轉成了差模干擾；傳輸線(xiàn)上阻抗不匹配造成信號的反射使信號傳輸質(zhì)量下降；靜電放電沿傳輸線(xiàn)進(jìn)入設備造成接口芯片損傷或損壞。
4．1 數字信號傳輸中的抗干擾措施
變電站視頻監控系統的數字信號傳輸通常通過(guò)工業(yè)標準的通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，比如RS232、RS845、RS422。在這里重點(diǎn)討論RS485數字通信抗干擾方法。
RS485總線(xiàn)是采用差分平衡電氣接口，具有較強的抗電磁干擾能力，但在實(shí)際工程中RS485總線(xiàn)并未達到人們期望的效果。問(wèn)題往往出現在以下幾個(gè)方面：
1)網(wǎng)絡(luò )拓撲不合理，未按照總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )拓撲布線(xiàn)，而成為了星型拓撲結構；
2)傳輸線(xiàn)與接收和發(fā)送端設備連接不正確，削弱了平衡線(xiàn)的抗干擾能力；
3)公用雙絞線(xiàn)未進(jìn)一步采取抗干擾措施，比如采用屏蔽雙絞線(xiàn)；
4)雙絞線(xiàn)線(xiàn)經(jīng)太細，傳輸距離太遠，導致阻抗太大，造成壓降。
4．2 視頻信號的抗干擾
視頻信號的干擾在圖像上表現為雪花點(diǎn)和50 Hz橫紋滾動(dòng)。
對于雪花點(diǎn)干擾是由于傳輸線(xiàn)上信號衰減以及耦合了高頻干擾所致，這種干擾比較容易消除，在攝像機與控制矩陣之間合理位置增加一個(gè)視頻放大器，將視頻信號的信噪比提高，或者改變視頻電纜的路徑避開(kāi)高頻干擾源，高頻干擾的問(wèn)題可基本上得到解決。
較難解決的是50 Hz橫紋滾動(dòng)及進(jìn)一步加入的高頻干擾的情況。對于50 Hz的橫紋滾動(dòng)根據電磁學(xué)理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除50 Hz工頻干擾，只需要購買(mǎi)屏蔽效果好的視頻電纜。對于圖像的高頻干擾，因它的頻帶仍在8 MHz內，采用空隙率為50％左右的屏蔽網(wǎng)可基本消防高頻干擾，但要達到50％的空隙率，屏蔽網(wǎng)根數需每個(gè)波長(cháng)長(cháng)度有60根以上，這樣高的密度又會(huì )使電纜的柔韌性下降，比較好的方法是采用帶有雙層屏蔽的視頻電纜。這樣會(huì )增加系統成本，我們在無(wú)人值守變電站監控系統的建設中采用視頻雙絞線(xiàn)傳輸方式，很好地解決了這一難題。
5 結束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)信道整改、抗干擾處理及多系統融合的無(wú)人值守變電站監控系統，解決了無(wú)人值守變電站自動(dòng)化“四遙”以外新的需求——遙視需求，使變電站自動(dòng)化水平又上了一個(gè)新的臺階。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的系統運行，遠程圖像監控系統運行穩定、可靠、信息準確，圖像監控系統的遠方巡視、遠方核查、安防報警和多媒體交互等功能，提高了變電站的防事故、防誤操作、防盜、防火能力，使值班人員和相關(guān)領(lǐng)導能及時(shí)準確地了解無(wú)人值守變電站的現場(chǎng)情況，對操作情況進(jìn)行全過(guò)程的監視和核對，對重點(diǎn)區域進(jìn)行全方位的防盜防火預警，為工作人員提供了一種很好的輔助工具，從而大大降低了無(wú)人值班變電所的日常巡視、檢修等費用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。